2.11. Бытовые тепловыделения

Бытовые тепловыделения в комнатах и кухнях жилых домов определяются по формуле:

(2.65)

где q₁ - теплопоступления на 1 м² площади пола помещений; согласно [4]

q₁=21 Вт/м² ;

F - площадь пола помещений, м.

2.2.5. Удельная тепловая характеристика здания

Эта характеристика используется для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений здания.

Удельная тепловая характеристика здания рассчитывается по формуле:

(2.66)

где Q_зд - расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт;

V - объём отапливаемого здания по внешнему обмеру, м³;

t_int-t_ext - расчетная разность температуры для основных помещений, °С.

Значение величины q, расчитанное по формуле (2.66) сравнивается со справочным значением q₀ для аналогичных зданий. При этом должно быть:

(2.67)

где q₀ - удельная тепловая характеристика здания, соответствующая расчетной разности температур (t_int-t_ext)=18-(-30)=48°C и принимаемая по справочной литературе;

β_t - поправочный коэффициент, учитывающий изменение величины q₀ при отклонении расчетной разности температур (t_в-t_н) от значения 48 °С.

Коэффициент β_t вычисляется по формуле:

(2.68)

где t_int и t_ext -то же, что в формуле (2.66),

Значения величины q₀ приведены, например, в приложении 2 [7].

2.12. Выбор системы отопления

Системы отопления, отопительные приборы, теплоноситель и его температуру следует принимать по обязательному приложение 10 [4].

В зависимости от места расположения источника теплоты различают центральные и местные системы отопления.

По виду теплоносителя, используемого для обогрева помещений, системы отопления подразделяются на водяные, паровые и воздушные.

Системы отопления могут быть как с естественной, так и с искусственной циркуляцией теплоносителя.

Наиболее широкое распространение в настоящее время получили насосные водяные системы отопления. Они применяются в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях.

Паровые системы отопления могут применяться при соответствующем обосновании в промышленных и коммунально-бытовых зданиях.

Воздушные - системы отопления наиболее удобны для больших помещений. Их применяют в производственных и общественных зданиях, сельскохозяйственных сооружениях, используя рециркуляцию воздуха или совмещая отопление с общеобменной приточной вентиляцией.

Присоединение насосных систем водяного отопления зданий к тепловым сетям осуществляется в тепловых пунктах.

Принципиальные схемы индивидуальных тепловых пунктов приведены, например, в [5, 6, 7].

Существуют три схемы присоединения систем водяного отопления к тепловым сетям [5, 6, 7]:

- независимая схема;

- зависимая схема со смешением воды;

- зависимая прямоточная схема.

Выбор той или иной схемы определяется прежде всего как температурой горячей воды в тепловых сетях, так и температурой, с которой воду можно подавать в отопительные приборы.

В соответствии с требованиями санитарных норм в жилых и общественных зданиях температура воды, подаваемой в отопительные приборы, в большинстве случаев не должна быть выше 95 °С. При централизованном теплоснабжении горячая вода в тепловых сетях, как правило, имеет температуру 130 или 150 °С.

Системы водяного отопления большинства жилищно-коммунальных зданий (80-85%) в настоящее время присоединены и продолжают присоединяться к тепловым сетям по зависимой схеме со смешением воды с помощью водоструйного элеватора. При этом водоструйные элеваторы применяет только в зданиях не выше девяти этажей.

Зависимая схема присоединения системы отопления к тепловым сетям с использованием смесительного насоса применяется при недостаточной разности давлений теплоносителя в тепловом пункте или для осуществления местного качественного регулирования теплоотдачи отопительных приборов.

Принципиальные схемы смесительных установок с насосом приведены, например, на рисунке 6.16 [6].

Зависимая прямоточная схема, обычно, находит применение в том случае, если вода в тепловой сети имеет температуру 95 °С. Вода с такой температурой обычно поступает от местной водогрейной котельной.

Зависимая прямоточная схема является самой простой и дешевой. По независимой схеме к тепловым сетям, как правило, присоединяются верхние зоны системы отопления в высотных зданиях.

В общем случае система водяного отопления включает в себя следующие элементы: тепловой пункт (или теплогенератор), магистральные теплопроводы, распределительные теплопроводы (стояки и ветви), подводки, отопительные приборы, расширительный бак, воздухосборники или воздушные краны, запорно-регулирующую арматуру.

По схеме соединения распределительных теплопроводов с отопительными приборами системы водяного отопления различает:

- однотрубные;

- двухтрубные;

- бифилярные.

В зависимости от положения распределительных трубопроводов системы водяного отопления бывают:

- вертикальные (со стояками) и

- горизонтальные (с ветвями).

По месту расположения магистральных теплопроводов (магистралей) системы водяного отопления различают:

- с верхней разводкой;

- с нижней разводкой;

- с опрокинутой циркуляцией воды.

По направлению движения воды в подающей и обратной магистралях системы водяного отопления бывают:

- с тупиковым (встречным) и

- с попутным (в одном направлении) движением воды в магистралях.

Принципиальные схемы существующих систем водяного отопления приведены, например, в [5 ,6, 7].

В настоящее время преимущественное распространение получили насосные однотрубные и бифилярные системы водяного отопления.

Вертикальные однотрубные системы рекомендуются для зданий, имеющих три этажа и более.

Однотрубные системы с верхней разводкой устраивают в зданиях с чердаками. В этом случае удаление воздуха из системы осуществляется централизовано вне помещений.

Однотрубные системы с нижней разводкой (с П-образными стояками) применяют в бесчердачных зданиях с техническими подпольями и подвалами. Удаление воздуха из этих систем осуществляется через воздушные краны, устанавливаемые в пробках верхних радиаторов и в верхних точках стояков с конвекторами.

Однотрубные системы с опрокинутой циркуляцией воды устраивают преимущественно в зданиях повышенной этажности (десять этажей и более), в зданиях с обогреваемыми чердачными помещениями (с "теплыми" чердаками) или верхними техническими этажами. В таких системах рекомендуется применять отопительные приборы с греющими элементами из стальных труб (например, конвекторы).

В вертикальных однотрубных системах водяного отопления стояки (как и приборные узлы) применяются трех типов: проточные, с замыкающими участками и проточно-регулируемые.

Системы отопления с проточными стояками являются наиболее экономичными. Они применяются в тех случаях, когда индивидуальное регулирование теплоотдачи отопительных приборов не обязательно. В жилых зданиях проточные стояки могут устанавливаться в лестничных клетках и в ванных. В жилых комнатах этих зданий проточные стояки можно предусматривать при установке в них конвекторов с воздушными регулирующими клапанами.

Системы отопления с проточно-регулируемыми стояками предусматриваются в тех случаях, когда необходимо индивидуальное регулирование теплоотдачи отопительных приборов.

Стояки с замыкающими участками применяют вместо проточно-регулируемых, в тех случаях, когда требуется уменьшить потери давления в приборных узлах, несмотря на относительное увеличение площади нагревательной поверхности приборов.

Горизонтальные однотрубные системы рекомендуется применять в протяженных зданиях, в зданиях с ленточным остеклением, в зданиях, у которых каждый этаж имеет различное технологическое назначение иди свой тепловой режим.

Бифилярные системы с горизонтальными пофасадными ветвями наиболее часто применяются в производственных и сельскохозяйственных зданиях.

Вертикальные насосные двухтрубные системы с нижней разводкой могут применяться в зданиях, имеющих более двух-трех этажей и в зданиях, состоящих из разноэтажных частей.

Двухтрубные системы с верхней разводкой можно устраивать в малоэтажных зданиях (один - два этажа), особенно при естественной циркуляции воды. Такие системы используются для квартирного отопления при радиусе действия по горизонтали не более 15 м.

Вертикальные системы отопления многоэтажных зданий рекомендуется применять с тупиковым движением воды в магистральных теплопроводах. При такой схеме движения воды сокращается длина и уменьшается диаметр магистралей.

Конструирование системы отопления

Согласно [4] трубопроводы систем отопления в помещениях следует прокладывать открыто; скрытая прокладка должна быть обоснована.

Необходимо предусматривать такую конструкцию подводок, стояков и магистралей, которая обеспечивала бы компенсацию их тепловых удлинений.

Горизонтальные теплопроводы следует прокладывать с уклоном не менее 0,002. Это позволит обеспечить движение скоплений воздуха в требуемом на правлении, а также спуск воды самотеком при опорожнении системы.

Трубопроводы d_y > 50 мм допускается укладывать без уклона при скорости движения воды в них 0,25 м/с и более.

Конструирование системы отопления начинают с того, что на планы этажей здания наносят стояки и отопительные приборы.

Стояки изображают в виде точек диаметром 1-2 мм и нумеруют (обозначают), начиная с левого верхнего угла чертежа плана по часовой стрелке (ГСт, Ст1, Ст2 и т.д.).

Отопительные приборы наносятся на планы в виде прямоугольников, длина которых в масштабе должна соответствовать ожидаемой длине этих приборов.

Отопительные приборы следует располагать в нижней зоне помещения вдоль наружных ограждений предпочтительно под световыми проемами (окнами). В жилых зданиях, гостиницах, общежитиях отопительные приборы допускается смещать от оси проемов.

Схемы установки отопительных приборов у пола помещений приведены, например, в [5].

В лестничных клетках многоэтажных зданий (до 12 этажей) с наружными входами отопительные приборы располагают в нижней их части рядом с входными дверями.

В лестничных клетках малоэтажных зданий используют отопительные приборы того же типа, что и в основных помещениях. Эти приборы размещают на первом этаже при входе, а также в подвальной части лестничной клетки, если она имеется; отдельные приборы могут быть перенесены на промежуточную лестничную площадку между первым и вторым этажами.

В помещениях жилых зданий, общежитий и гостиниц, как правило, устанавливают радиаторы и конвекторы с кожухом. На лестничных клетках этих зданий устанавливают высокие конвекторы, рециркуляционные воздухонагреватели и иногда гладкотрубные приборы.

Технические характеристики отопительных приборов приведены, например, в приложении X [5].

Стояки, как и отопительные приборы, размещают у наружных стен. При этом расстояние от поверхности стен до оси стояка из труб d_y<32 мм должно составлять 35мм.

Однотрубные стояки с односторонними подводками к приборам прокладываются на расстоянии 150 мм от откоса оконного проема.

Однотрубные стояки с двусторонними подводками к приборам размещаются по оси простенка.

В торцевых помещениях здания стояки размещают в их наружных углах, чтобы предохранить последние от сырости и промерзания.

Отопительные приборы лестничных клеток следует присоединять к отдельным ветвям или стоякам системы отопления по однотрубной проточной схеме.

При конструировании систем водяного отопления жилых зданий предпочтение следует отдавать приоконным проточно-регулируемым стоякам с унифицированными приборными узлами.

Использование конвекторов с кожухом; имеющих воздушные клапаны для регулирования теплоотдачи, позволяет предусматривать в системах отопления проточные стояки. Эти стояки имеют наиболее простую конструкцию приборных узлов.

Основные приборные узлы, применяемые в вертикальных однотрубных системах водяного отопления, и приборный узел, используемый в двухтрубных системах отопления, изображены, например, на рис.5.7 и 5.8 [6].

Компенсация удлинения стояков в малоэтажных зданиях обеспечивается их естественными изгибами в местах присоединения к подающим магистралям

В более высоких четырех - семиэтажных зданиях однотрубные стояки изгибают с двух сторон - как у подающей, так и у обратной магистрали.

В зданиях, имеющих более семи этажей, для компенсации удлинения средней части стояков устраивают дополнительные изгибы труб путем сдвига отопительных приборов от оси стояка.

Различные схемы присоединения стояков к магистралям систем водяного отопления показаны, например, в [5, 6].

На план чердачного помещения наносятся подающая магистраль с проточными воздухосборниками, стояки, запорная арматура, открытый расширительный бак.

На плане подвального помещения показываются магистрали, стояки, запорная арматура, а также наносится основное оборудование теплового пункта с коллекторами горячей и обратной воды.

Размещение магистралей зависит от назначения и ширины здания, вида принятой системы отопления.

В гражданских зданиях шириной до 9 м магистрали можно прокладывать вдоль их продольной оси (если не предусматривается пофасадное регулирование работы системы).

В гражданских зданиях шириной более 9 м рационально использовать две разводящие магистрали - вдоль каждой фасадной стены. В этом случае становится возможным пофасадное регулирование теплоотдачи отопительных приборов.

Магистрали систем отопления гражданских зданий размещают, как правило, в чердачных и подвальных помещениях. В чердачных помещениях магистрали подвешивают на расстоянии 1-1,5 м от наружных стен, в подвальных помещениях и подпольях магистрали укрепляют на стенах.

В районах с расчетной температурой минус 40 °С и ниже (параметры Б) прокладка подающих и обратных трубопроводов систем отопления на чердаках зданий (кроме теплых чердаков) и в проветриваемых подпольях не допускается.

Различные варианты размещения магистральных трубопроводов на чердаках и в подвалах зданий при тупиковом и попутном движении теплоносителя показаны, например, в [6, 7].

Удлинения магистралей компенсируются прежде всего, с помощью их естественных изгибов, связанных с планировкой здания. И только прямые участки магистралей, имеющие значительную длину, следует снабжать П-образными компенсаторами или гофрированными патрубками. При проектировании П-образных компенсаторов неподвижные опоры размещают таким образом, чтобы тепловое удлинение участка магистрали между опорами не превышало 50 мм.

Верхние магистрали систем отопления рекомендуется прокладывать с уклоном против направления движения воды.

Нижние магистрали систем отопления прокладываются с уклоном в сторону теплового пункта здания. При этом подающую и обратную магистрали в системах с нижней разводкой рационально прокладывать с уклоном в одном и том же направлении.

Сбор и удаление воздуха в системах отопления с верхней разводкой осуществляется через горизонтальные или вертикальные проточные воздухосборники. Воздухосборники устанавливаются в наиболее высокорасположенных точках подающих магистралей.

Конструкции воздухосборников и схемы их установки показаны, например, в [6, 14].

Из систем водяного отопления с нижней разводкой обеих магистралей воздух, скапливающийся в верхних отопительных приборах, удаляется двумя способами. В первом случае в верхней части отопительных приборов устанавливают ручные или автоматические воздушные краны, через которые периодически выпускается воздух. Во втором случае воздух из системы отопления удаляется централизованно через специальные воздушные трубы.

Технические решения, реализующие те или иные способы удаления воздуха из системы водяного отопления с нижней разводкой обеих магистралей, показаны, например, на рис. 3.19 [6].

Ручная запорно-регулирующая арматура устанавливается на подводках к отопительным приборам (в приборных узлах), стояках, магистралях и в тепловом пункте.

На трубах малого диаметра (d_y≤40 мм) устанавливают муфтовую арматуру.

На трубах d_y≥50 мм применяют фланцевую арматуру.

В качестве запорно-регулирующей арматуры в системах водяного отопления применяют краны, вентили, задвижки.

У приборов однотрубных систем водяного отопления в зависимости от типа стояка устанавливаются или проходные регулирующие краны (КРП) или трехходовые регулирующие краны (КРТ).

Проходные краны выпускаются d_y=15 и 20 мм. Они бывают двух типов: шиберные краны типа КРПШ и краны с поворотной плоской заслонкой.

Шиберные краны типа КРПШ рассчитаны на условное давление, Р_у =1 МПа (10 кгс/см²) и температуру воды до 150˚С. Коэффициент местного сопротивления этих кранов, ζ=2,5-3,0.

Трехходовые краны типа КРТП выпускаются d_у = 15 и 20 мм и предназначены для применения в тех же условиях, что и краны КРПШ.

На подводках к приборам двухтрубных систем водяного отопления устанавливают краны двойной регулировки. В малоэтажных зданиях применяют обычные краны двойной регулировки, а в многоэтажных - дроссельные краны повышенного гидравлического сопротивления.

В настоящее время выпускаются краны двойной регулировки типа КРДШ d_y = 15 и 20 мм. Коэффициент местного сопротивления этих кранов находится в пределах от 5 до 14. Они рассчитаны на условное давление 1 МПа и температуру воды до 150˚С.

Регулирующие краны на подводках к приборам, расположенным во вспомогательных помещениях и лестничных клетках, не устанавливаются.

Арматура на стояках малоэтажных зданий (1-3 этажа), как правило, не устанавливается. В этих зданиях установка арматуры предусматривается только для отключения отдельных частей системы отопления (например, вдоль одного фасада здания).

На стояках лестничных клеток арматуру устанавливают независимо от числа этажей здания.

В многоэтажных зданиях на стояках с обеих сторон устанавливают запорные проходные (пробочные) краны или вентили. Проходные краны используют при температуре воды до 105°С и небольшом гидростатическом давлении в системе. В высоких зданиях при гидростатическом давлении в нижней части стояков более 0,6 МПа проходные краны заменяют вентилями. При высокотемпературной воде на стояках предусматриваются только вентили. При этом предпочтение следует отдавать вентилям с наклонным шпинделем ("косым" вентилям), а не "прямым" вентилям.

Стояки в их верхней и нижней частях кроме запорной арматуры оснащаются еще и спускными кранами. Нижние спускные краны должны иметь штуцеры для присоединения гибкого шланга.

На магистралях в качестве запорной арматуры используют муфтовые проходные краны и вентили, а также фланцевые задвижки - на трубах d_y≥50 мм. В пониженных местах на магистралях устанавливают спускные краны, в повышенных местах верхних магистралей размешают воздушные краны и воздухосборники.

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) здания размешают, как правило, в его подвальном помещении или в специально отведенном помещении (при отсутствии в здании подвального помещения).

Принципиальные схемы ИТП приведены, например, в [5, 6, 7].

Общими для всех типов ИТП являются следующие элементы:

- запорная, контрольно-измерительная, регулирующая и предохранительная арматура;

- грязевики.

Грязевики устанавливают на подающем и обратном трубопроводах. Их подбирают по диаметру подводящих трубопроводов.

Основные типы грязевиков и их установочные размеры приведены, например, в [10].

Вид оборудования, предназначенного для подготовки теплоносителя, зависит, как уже отмечалось, от принятой схемы присоединения системы отопления к тепловым сетям. Соответственно, в качестве этого оборудования в ИТП может быть установлен или водоструйный элеватор, или смесительный насос, или теплообменник с циркуляционным и подпиточным насосами.

Наибольшее распространение в ИТП получили водоструйные элеваторы типа «ВТИ-теплосеть Мосэнерго», конструктивные решения и размеры которых приведены в [10].

В качестве теплообменников, обеспечивающих независимое присоединение системы отопления к тепловым сетям, обычно применяются скоростные водяные подогреватели по ТУ 400-28-429-82 Е. Основные размеры и технические характеристики этих подогревателей приведены, например, в [10].

В насосных системах водяного отопления зданий применяются центробежные насосы типа К, КМ, ЦНШ, а также малошумные насосы типа ЦВЦ [5, 10].

Задвижки в тепловом пункте размещают на главных подающих и обратных магистралях, до и после водоструйного элеватора, смесительных и циркуляционных насосов, теплообменника и других аппаратов, а также на обводных линиях.

В качестве предохранительной арматуры в тепловом пункте находят применение обратные клапаны. Их устанавливают наряду с задвижками после смесительных и циркуляционных насосов, один из которых рабочий, а другой - резервный.

В качестве регулирующей арматуры в тепловом пункте предусматривают регулятор расхода (или регулирующий клапан) и регулятор давления.

Тепловые пункты также оснащаются контрольно-измерительными приборами: манометрами, термометрами и водомером.

Расширительные баки применяют в системах водяного отопления с независимой схемой присоединения, тепловая мощность которых не превышает 6,0 мВт.

Открытый расширительный бак размещают над верхней точкой системы отопления (на расстоянии ≥1 м) в чердачном помещении или на лестничной клетке и покрывают изоляцией.

Устройство открытого расширительного бака и схемы его присоединения приведены, например, на рис. 6.21 [6]; технические характеристики и основные размеры расширительных баков - в таблице 33.5 [14].

Наибольшее распространение в системах водяного отопления получили муфтовые пробковые сальниковые краны типа 11Б сбк, предназначенные для использования при давлении до 1 МПа (10 кгс/см²) и температуре до 100˚С. Их выпускают диаметром 15, 20, 25, 32, 40, 50 мм.

Вентили, применяемые в системах водяного отопления, бывают муфтовые и фланцевые. Вентили муфтовые из серого чугуна типа 15ч8к, 15ч8р и 15ч8бр выпускают диаметром 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65 (70), 80 мм. Вентили типа 15ч8к и 15ч8р рассчитаны на давление до 1,0 МПа (10 кгс/см²) и температуру до 50˚С; типа 15ч8бр - на давление до 1,6 МПа (16 кгс/см²) и температуру до 225˚С

Вентили сланцевые из серого чугуна типа 15ч14бр выпускают диаметром 65 (70), 80, 100, 125, 150 и 200 мм. Они могут применяться при давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см²) и температуре до 225˚С.

Наиболее широко в системах водяного отопления применяются чугунные задвижки типа 30ч6бк и 30ч6бр. Их выпускают диаметром 50, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350 и 400 мм. Задвижки типа 30ч6бк рассчитаны на давление до 1 МПа (10 кгс/см²) и температуру до 90˚С, а задвижки типа 30ч6бр - на давление до 1МПа и температуру до 225˚С.

Согласно рекомендаций [4] в системах водяного отопления следует применять неоцинкованные (черные) стальные сварные водогазопроводные трубы по ГОСТ 3262-75^* и стальные электросварные трубы по ГОСТ 10704-76^*.

Водогазопроводные трубы применяются для устройства теплопроводов d_y=10, 15, 20, 25, 32, 40 и 50 мм. При открытой прокладке используют легкие тонкостенные трубы.

Теплопроводы с наружным диаметром 50 мм и более выполняются из стальных электросварных труб с наименьшей толщиной стенки.

На планах (и разрезах) системы отопления дополнительно указывают:

- координационные оси здания и расстояние между ними (для жилых зданий - расстояние между осями секций);

- отметки чистых полов этажей и основных площадок;

количество секций радиаторов, количество и длину ребристых труб, количество труб в регистре и длину регистра из гладких труб, а также аналогичные сведения по другим отопительным приборам;

- диаметры и толщины стенок (для диаметров более 50 мм) трубопроводов, их уклоны;

- обозначения стояков и их диаметры;

- привязку к разбивочным осям здания неподвижных опор и компенсаторов.

В наименовании планов указывают отметку чистого пола этажа или номер этажа, например: «План на отм. +6.000», «Планы 2-9 этажей», а в наименовании разрезов - их порядковый номер (например, «Разрез 1-1»).

Трубопроводы, расположенные друг над другом, на планах условно изображают параллельными линиями.

Элементы систем отопления на планах и разрезах указывают условными графическими обозначениями, приведенными, например, в [1, 2, 10]. Оборудование теплового пункта (насосы, элеватор, теплообменник) показывают в масштабе в виде упрощенных графических изображений.

Примеры оформления планов системы отопления даны, например, в [1, 2].

На схемах показывают:

- трубопроводы и их диаметр;

- отметки уровня осей трубопроводов и их уклоны;

- размеры горизонтальных участков трубопроводов (при наличии разрывов) ;

- неподвижные опоры, компенсаторы и нетиповые крепления с указанием на полке линии - выноски обозначения элемента, а под полкой обозначение документа;

- отопительные приборы;

- стояки, их обозначение и диаметры;

- расширительный бак, воздухосборники, спускные и воздушные краны и другие элементы;

- запорно-регулировочную арматуру;

- контрольно-измерительные приборы.

При большой протяженности и (или) сложном расположении трубопроводов допускается изображать их с разрывом в виде пунктирной линии, а места разрывов обозначают строчными буквами. При этом, отдельные части системы отопления могут смещаться относительно друг друга, например, стояки переднего фасада могут сдвигаться вниз относительно стояков заднего фасада.

При изображении двухтрубных стояков подающий стояк следует вычерчивать слева (если смотреть из помещения).

Примеры оформления схем системы отопления и теплового пункта даны, например, в [1, 2].